第二章-活断层工程地质研究PPT课件.ppt
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1、第二章 活断层工程地质研究1.学习指南F关键词:活断层(active fault)活断层参数 F学习目的:认识活断层的基本参数及其基本特征F掌握:1、活断层的含义 2、活断层的参数定量研究内容有哪些 3、如果判别断层(难点)2.提 要概述活断层基本特征活断层鉴别标志活断层调查研究方法活断层区建筑原则3.第一节 概述活断层一般是指现今正在活动的断层,或近期曾活动过、不久将来可能重新活动过的断层。后者也称为潜在活断层。4.关于活断层的定义,目前为止没有完全统一。主要关于过去活断层历史时间的上限界定问题看法不一,不同部门、不同国家都存在差别。5.岩土工程勘察规范 全新活动断裂:全新世(1000010
2、000)年内有过活动或近期正在活动,在将来(100100年)可能继续活动的断裂。发震断裂:近期(500500年)发生过5 5级以上地震,或在未来100100年内预测可能发生5 5级以上地震的断裂。水利水电工程地质勘察规范 活断层:最后一次错动距今10-1510-15万年(晚更新世)的断层。6.美国原子能委员会(USNRCUSNRC)的定义是:(1 1)在3.53.5万年内有过一次或多次活动的断层 (2 2)与其他活动断层有联系的断层 (3 3)沿该断裂发生过蠕动或微震活动7.断层是地壳构造运动的重要形迹。有的断层形成于较晚时期,在形成以后受到晚期构造背景条件控制,仍保持着活动的特征。早在十八世
3、纪,人们从地震活动与断层活动的关系渐渐意识到断层的活动性特征,经过几个世纪的研究,对活断层的特征有了比较深入的认识。8.活断层受控于板块构造9.全球构造(板块构造全球构造(板块构造plate tectonics theoryplate tectonics theory)理)理论的基本点是,全球划分为六个刚性的岩石圈板论的基本点是,全球划分为六个刚性的岩石圈板块在软流层之上漂移,不断地运动。块在软流层之上漂移,不断地运动。10.板块边界的作用力是中国板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变大陆新生代和现今构造变形的主要动力源。形的主要动力源。变形呈弥散型变形呈弥散型(千公里以千公里以上上),
4、集中在不同次级块体,集中在不同次级块体的边界上,具相对低的运的边界上,具相对低的运动速率动速率(小于小于10mm/a)10mm/a)10mm/a)10mm/a)。次级块体内部变形微弱或次级块体内部变形微弱或整体运动整体运动 边界带(边界带(plate boundary plate boundary plate boundary plate boundary orogenic beltorogenic beltorogenic beltorogenic belt)常常是地)常常是地质、地球化学和地球物理质、地球化学和地球物理的结构面,绝大多数大陆的结构面,绝大多数大陆地震发生在活动带上。地震发生
5、在活动带上。11.12.在研究某一个地域的大陆构造变形时需要从活动论的在研究某一个地域的大陆构造变形时需要从活动论的观点,从全球构造框架或区域构造框架出发观点,从全球构造框架或区域构造框架出发13.来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源来自板块边界的作用力是中国大陆新生代和现今构造变形的主要动力源14.印度洋板块青藏高原15.16.17.中国大陆地壳断裂分布图18.中国大陆与地震分布19.20.21.GPS观测获得的相对于稳定欧亚参考框架下的中国大陆现今地壳运动速度场,蓝色箭头是各GPS观测站的速度矢量,误差椭圆为95%置信度22.活断层工程地质研究意义活断层的活动可视
6、为一类地质病害,可以对建筑物产生破坏作用而致害。从这个意义上讲,活断层的工程地质研究就是要研究活断层与工程建筑的关系,评价其对建筑物的破坏作用。活断层错动变形对建筑物的直接破坏;活断层对区域地质环境的影响,如地震、区域地壳稳定、水库地震等。23.活断层决定多数破坏性地震的发震位置,活断层的规模、大小、运动性质和活动时代属性决定了地震震级大小,同时对强震的地面运动具有复杂的影响24.茂县茂县北川北川松潘 绵阳绵阳德阳德阳江油江油都江堰都江堰 平武平武 共由个共由个共由个 7.17.17.17.17.17.17.6 7.6 7.6 7.6 7.6 7.6 级地震组级地震组级地震组成,是成,是成,是
7、100100100100100100秒钟内沿龙门山中秒钟内沿龙门山中秒钟内沿龙门山中部断裂发生的多点连续破裂行部断裂发生的多点连续破裂行部断裂发生的多点连续破裂行为。为。为。第一次破裂的震中位于第一次破裂的震中位于第一次破裂的震中位于NENENENENENE向龙向龙向龙门山断裂带的中部断裂与门山断裂带的中部断裂与门山断裂带的中部断裂与NNENNENNENNENNENNE向岷江断裂、近向岷江断裂、近向岷江断裂、近EWEWEWEWEWEW向的金汤弧向的金汤弧向的金汤弧形构造交汇处。形构造交汇处。形构造交汇处。首震震中首震震中青川青川 理县理县 绵竹绵竹 彭州彭州 汶川汶川7.4 7.4 7.4 7
8、.4 7.4 7.4 7.6 7.6 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 7.1 7.2 7.2 龙门山前山断裂龙门山前山断裂龙门山中部断裂龙门山中部断裂龙门山后山断裂龙门山后山断裂,岷江断裂带岷江断裂带,金汤弧形构造带金汤弧形构造带 说明说明映秀映秀成都成都 市市断裂分段?25.Cypress Freeway Structure,Oakland Loma Prieta Earthquake,198926.27.San Andreas Faultcrossing the Carrizo Plain,North of Santa Barbara28.San Andreas Fault off
9、setting streamsOn the Carrizo Plain29.San Francisco City Hall,190630.振动液化(Liquefaction Liquefaction)31.El Centro,CA,1979Loma Prieta,CA,198932.海啸(Tsunami)33.34.35.对活断层进行研究,充分掌握其活动特征,合理评价其对工程的影响,有时可以安全有效地降低工程设计标准,节省投资。如黄河小浪底工程坝址区半径30公里内有8条大断裂 其中王良断裂在坝下游6.5公里 断层发生在Q1Q2期间 断层泥热释光法测年龄:15.4-18.3万年,37.4-53.
10、2万年 Q2的中后期,Q3以来再未活动过 抗震设计:9 9级88级 水平加速度:0.30.3伽0.2150.215伽,节约至少2 2亿元剖面图TQ1Q236.小浪底及邻区第四纪活动断层分布图37.38.39.40.本节主要介绍活断层的类型与活动方式、继承性与反复性、长度与断距、错动速率与周期。第二节 活断层的基本特征41.一、活断层的类型 按照位移方向与水平面的关系:(1 1)正断型活断层 差异升降活动为它的断陷盆地边缘。下降盘分支断层多见,形成地堑式的正断层组合。(2 2)逆断型活断层 多分布于板块碰撞挤压带。上盘变形带大,出现多分支断层。(3 3)走滑型活断层 常分布于大陆内部的地块之间的
11、接触部位,水平错动量大,断层带宽度不大,很少分支断裂。42.二、活断层的基本特征继承性与反复性 1、继承了老的断裂构造尤其是中生代和第三纪以来的断裂构造格架 2、西部地区以走滑和逆冲走滑断层为主,且强度明显大于东部 3、东部以正断层和走滑正断层为主。是深大断裂复活运动的产物 1、深大断裂在挽近期及现代地壳构造应力条件下重新活动而产生 2、深大断裂:切穿岩石圈、地壳或基底的断裂,延伸数十数千km,切割深度数公里百余公里活动方式可分为粘滑型和蠕滑型 stick fault and creep fault(stable fault)43.(1 1)粘滑型活断层间歇性突然滑动,常伴有地震活动,也称为地
12、震断层。发生在强度较高的岩石中,断层带锁固能力强,危害大。发震断裂特征:深断裂,裂谷,板块接触带。(2 2)蠕滑型活断层沿断层面两侧岩层连续缓慢地滑动发生在强度较低的软岩中,断层带锁固能力弱一般无震发生,有时可伴有小震。二、活断层的活动方式44.45.近年来,一些研究者注意到了粘滑型断层在大震前后一段时间内在震源区及其外围的蠕滑现象。19761976年唐山地震前后的一些宏观现象,如井壁坍塌变形、沿八宝山断层地下水位的变化、河北省中部的井喷现象等,都可能与深部断层的蠕动有关。据唐山地震区地形变资料反演求得的震中区8km6km8km6km的地带内,于1969197519691975年发生了走滑错距
13、为104cm104cm的无震蠕滑、走向和倾向滑动的平均速率分别达18.6cm/a 18.6cm/a 和1.4cm1.4cma a。46.我国大陆内部还有一种特殊的反映断裂蠕动的构造形式,就是由于地壳块体或断裂带蠕动,导致在地面产生一系列微型破裂构造,一般称为地裂缝(ground fissure)或“地裂”现象。典型代表有西安地裂缝和19741976年在冀、鲁、豫、皖等省先后出现的大面积地裂现象。上述的地裂现象不受地貌、土质和水文条件影响而广泛分布在大范围内,与区域构造方向和区域应力场方向协调,表现出有统一的受力方向,反映出它们可能是一种大范围构造活动或深部断裂的蠕动而引起的地表蠕裂现象。47.
14、西安地裂缝就被认为是由于渭河断陷南侧的长安临潼断裂的张性蠕动,为厚达一千余米的第四纪土层提供了潜在临空面,在自重应力场作用下产生了侧向扩展(gravitational lateral spreading)而形成的。48.活动断层的产状要素、长度等均是重要的几何要素,这些可以通过勘探等手段得到确定。而活动断裂重新活动往往并非全断裂都活动,而是部分段的活动,指现活动段长度及两旁相应的错断距离。通常用强震导致的地面破裂(地震断层或地表错断)的长度(L)和伴随地震产生的一次突然错断的最大位移值(D)表示。通过对地表错断的研究,可以了解地震破裂的方式和过程,判定地震断层动力学特征,又可了解地震时的地面效
15、应,判定地震危险性和震害程度,为在活断层区修建建筑物的抗震设计提供参数。对于历史活断层长度和断距,可以从被错动的形迹得到,而对于潜在活断层,要根据有关方面进行预测。通常是根据活断层可能产生最大地震震级M M,利用统计经验方式及查表确定L L和D D。三、断层活动段的长度和断距49.如下关系图也可以作为确定L L、D D时使用50.(1 1)我国关系式(四川省地震局19861986):M=1.19lgL+5.25 M=1.19lgL+5.25 L=0.56M-2.25 L=0.56M-2.25(2 2)日本松田时彦得出的关系式为:M=M=(1/0.61/0.6)lgL+4.85lgL+4.85
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